陈根：生物传感器，如何助力癌症检测？

文/陈根

癌症的早期诊断能在极大程度上改善患者的治疗和愈后康复。其中，活检和筛查则是当前找出血液中肿瘤标志物最常用、最精确的手段。但是这一过程通常较为昂贵且耗时，因为血样必须送到中心实验室进行分析，并且，对患者而言，取样过程也会造成创伤和痛苦。

在这样的背景下，生物传感器的出现为癌症检测提供了更便宜、更快速、更隐蔽的新选择。生物传感器，顾名思义，是对于生物物质敏感，能够将浓度转换为电信号进行检测的传感器设备。

生物传感器由识别元件即固定化的生物敏感材料（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统组成。

然而，大多数用于监测癌症的光学生物传感器需要宽范围的光色作为基础才能可靠地运行，对宽范围光色的需求使传感器变得笨重、昂贵和更加复杂。现在，EPFL的科学家们提出了一个新的概念，允许单一的光色作为一个简单的成像检测器来操作。

新的生物传感器使用了两种特定的功能，包括纳米光子学和数据科学技术。芯片本身是由硅制成的纳米结构构建而成。纳米结构硅表面具有100纳米左右的特征，可以更有效地在生物样品/芯片界面上捕获光线。这使得生物传感器对生物标志物的存在极为敏感，导致入射光特征的明显变化。

研究人员利用数据科学技术与预先记录的性能图相结合，处理来自大量像素的光强度信息。该系统考虑每个像素的效率，并以集体方式调整其对最终读数的贡献。研究人员将这一过程比喻为在收到一群专家的意见后，通过仔细权衡他们在该领域的知识，做出一个可靠的结论。

该项目的科学家们创建了一个演示，使用新的生物传感器进行癌症诊断，检测肿瘤外显子，这是早期癌症的生物标志物。该团队确定，基于图像的生物传感器可以在广泛的检测范围内实时监测乳腺癌外显子，使其对健康和生病的人都具有临床意义。

可以说，尽管只使用单一颜色的光，但该系统提供了极其精确的生物感应信息。对于这项创新技术的应用价值，正在于用于癌症等疾病的早期检测，由于其速度较快，所以大大降低了诊断的时间成本，有利于更加迅速的诊断疾病，从而更好地造福人类健康。